Méthode d'analyse de sensibilité et propagation inverse d'incertitude appliquées sur les modèles mathématiques dans les applications d'ingénierie

Methods for sensitivity analysis and backward propagation of uncertainty applied on mathematical models in engineering applications

• Auteur / Autrice : Iman Alhossen
• Direction : Stéphane Segonds
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Bugarin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sensibilité, Théorie de la (mathématiques)

Incertitude de mesure

Mots clés libres

Quantification d'incertitude

Propagation inverse d'incertitude

Analyse de sensibilité

Méthode de Sobol

Uncertainty quantification

Backward uncertainty propagation

Sensitivity analysis

Sobol method

Résumé

Dans de nombreuses disciplines, les approches permettant d'étudier et de quantifier l'influence de données incertaines sont devenues une nécessité. Bien que la propagation directe d'incertitudes ait été largement étudiée, la propagation inverse d'incertitudes demeure un vaste sujet d'étude, sans méthode standardisée. Dans cette thèse, une nouvelle méthode de propagation inverse d'incertitude est présentée. Le but de cette méthode est de déterminer l'incertitude d'entrée à partir de données de sortie considérées comme incertaines. Parallèlement, les méthodes d'analyse de sensibilité sont également très utilisées pour déterminer l'influence des entrées sur la sortie lors d'un processus de modélisation. Ces approches permettent d'isoler les entrées les plus significatives, c'est à dire les plus influentes, qu'il est nécessaire de tester lors d'une analyse d'incertitudes. Dans ce travail, nous approfondirons tout d'abord la méthode d'analyse de sensibilité de Sobol, qui est l'une des méthodes d'analyse de sensibilité globale les plus efficaces. Cette méthode repose sur le calcul d'indices de sensibilité, appelés indices de Sobol, qui représentent l'effet des données d'entrées (vues comme des variables aléatoires continues) sur la sortie. Nous démontrerons ensuite que la méthode de Sobol donne des résultats fiables même lorsqu'elle est appliquée dans le cas discret. Puis, nous étendrons le cadre d'application de la méthode de Sobol afin de répondre à la problématique de propagation inverse d'incertitudes. Enfin, nous proposerons une nouvelle approche de la méthode de Sobol qui permet d'étudier la variation des indices de sensibilité par rapport à certains facteurs du modèle ou à certaines conditions expérimentales. Nous montrerons que les résultats obtenus lors de ces études permettent d'illustrer les différentes caractéristiques des données d'entrée. Pour conclure, nous exposerons comment ces résultats permettent d'indiquer les meilleures conditions expérimentales pour lesquelles l'estimation des paramètres peut être efficacement réalisée.

Approaches for studying uncertainty are of great necessity in all disciplines. While the forward propagation of uncertainty has been investigated extensively, the backward propagation is still under studied. In this thesis, a new method for backward propagation of uncertainty is presented. The aim of this method is to determine the input uncertainty starting from the given data of the uncertain output. In parallel, sensitivity analysis methods are also of great necessity in revealing the influence of the inputs on the output in any modeling process. This helps in revealing the most significant inputs to be carried in an uncertainty study. In this work, the Sobol sensitivity analysis method, which is one of the most efficient global sensitivity analysis methods, is considered and its application framework is developed. This method relies on the computation of sensitivity indexes, called Sobol indexes. These indexes give the effect of the inputs on the output. Usually inputs in Sobol method are considered to vary as continuous random variables in order to compute the corresponding indexes. In this work, the Sobol method is demonstrated to give reliable results even when applied in the discrete case. In addition, another advancement for the application of the Sobol method is done by studying the variation of these indexes with respect to some factors of the model or some experimental conditions. The consequences and conclusions derived from the study of this variation help in determining different characteristics and information about the inputs. Moreover, these inferences allow the indication of the best experimental conditions at which estimation of the inputs can be done.